第1章 绪论 1
1.1 水工结构反问题的提出 3
1.1.1 反问题的定义 3
1.1.2 流激振动动力学反问题的提出 4
1.1.3 流激振动动力学反问题的分类 5
1.1.4 流激振动动力学正、反问题的关系 6
1.2 水工结构模态参数辨识方法及现状 6
1.2.1 传统的模态参数辨识方法 7
1.2.2 基于环境激励的模态参数辨识方法 8
1.2.3 基于环境激励的模态参数辨识研究进展 12
1.3 本书章节框架 16
参考文献 17
第2章 水工结构泄流振动响应信号处理方法 22
2.1 振动信号处理的基本概念 22
2.1.1 振动过程描述及分类 22
2.1.2 随机振动的特点 23
2.2 随机振动信号处理方法 23
2.2.1 消除多项式趋势项 23
2.2.2 采样数据的平滑处理 25
2.3 随机振动信号的统计方法 27
2.3.1 概率分布函数和概率密度函数 27
2.3.2 均值、均方值及方差 27
2.3.3 相关函数 28
2.4 经典振动信号滤波方法 29
2.4.1 数字滤波 30
2.4.2 卡尔曼滤波 34
2.4.3 小波滤波 36
2.4.4 奇异值分解滤波 41
2.5 基于二次滤波技术的泄流结构振动响应信号处理 42
2.5.1 经验模态分解 43
2.5.2 小波阈值与EMD联合滤波原理 44
2.5.3 小波阈值与EMD联合滤波流程图 45
2.5.4 仿真分析 48
2.5.5 工程实例——拉西瓦拱坝水弹性模型特征参数提取 53
2.6 随机振动信号的积分和微分变换 61
2.7 随机振动信号的频谱分析 63
2.8 本章小结 67
参考文献 68
第3章 振动测试传感器优化布置方法 70
3.1 概述 70
3.2 传感器优化布置方法 71
3.2.1 传统有效独立法原理 71
3.2.2 距离系数-有效独立法原理 72
3.2.3 有效独立-总位移法 74
3.2.4 平均加速度幅值-变形比法 75
3.3 有限元仿真理论与方法 77
3.3.1 有限元仿真理论 79
3.3.2 有限元模拟方法 80
3.4 算例分析与效果评价 81
3.4.1 建立模型及模态分析 81
3.4.2 四种传感器优化布置方案 82
3.4.3 方案评价 83
3.5 本章小结 87
参考文献 88
第4章 基于带通滤波的模态参数综合辨识 90
4.1 传统模态参数时域辨识方法 90
4.1.1 随机减量法 90
4.1.2 自然激励技术 94
4.1.3 ITD法 96
4.1.4 STD法 99
4.1.5 复指数法 101
4.1.6 ARMA模型时间序列法 102
4.2 工程实例 105
4.3 本章小结 109
参考文献 109
第5章 基于系统状态空间的模态参数辨识 110
5.1 系统的可辨识性 110
5.1.1 系统的状态空间方程描述 110
5.1.2 系统的可控性与可观性 113
5.1.3 系统最小实现 115
5.2 基于ERA算法的模态参数辨识 115
5.3 基于SSI算法的模态参数辨识 117
5.3.1 随机子空间算法 118
5.3.2 模态参数提取 120
5.4 基于奇异熵增量的系统定阶 120
5.4.1 奇异熵增量 121
5.4.2 系统阶次的选取准则 122
5.5 噪声模态的剔除及算法流程 123
5.5.1 ERA算法噪声模态剔除及算法流程 123
5.5.2 SSI算法噪声模态剔除及算法流程 124
5.5.3 仿真实例 125
5.6 ERA算法与SSI算法的异同 126
5.7 高坝泄流结构的水流荷载特点 127
5.7.1 高拱坝泄流脉动荷载特点 127
5.7.2 溢流坝泄流脉动荷载特点 129
5.8 工程实例1——拉西瓦拱坝水弹性模型模态参数辨识 131
5.8.1 基于ERA算法的拱坝模态参数辨识 131
5.8.2 基于SSI算法的拱坝模态参数辨识 133
5.8.3 辨识结果分析 136
5.9 工程实例2——三峡溢流坝及左导墙工作模态参数辨识 136
5.9.1 三峡溢流坝及左导墙振动测试 137
5.9.2 溢流坝及左导墙工作模态参数辨识 139
5.9.3 对比分析与验证 141
5.10 高坝泄洪振动的状态监测系统实现 148
5.11 本章小结 148
参考文献 149
第6章 基于HHT变换的模态参数辨识 151
6.1 HHT变换基本理论 151
6.1.1 EMD算法 151
6.1.2 Hilbert变换 152
6.1.3 Hilbert谱 153
6.2 HHT模态参数辨识原理 153
6.3 HHT法的优越性 155
6.4 仿真实例 156
6.5 工程实例 161
6.5.1 三峡重力坝 161
6.5.2 景电工程渡槽 163
6.6 本章小结 170
参考文献 171
第7章 基于独立分量分析的模态参数辨识 172
7.1 独立分量基本理论 172
7.1.1 独立分量的问题描述 173
7.1.2 独立分量的基本假设 173
7.1.3 独立分量的预处理 173
7.1.4 独立分量的独立性判据 175
7.1.5 一种重要的ICA算法-FASTICA算法 177
7.2 独立分量技术辨识模态参数 177
7.3 模型试验 178
7.3.1 试验概况 178
7.3.2 独立分量技术辨识模态参数 179
7.4 本章小结 183
参考文献 183
第8章 基于频域法的工作模态参数辨识 185
8.1 频域分解法的基本原理 185
8.1.1 结构泄流激励响应间的互功率谱函数理论 185
8.1.2 辨识算法 186
8.1.3 功率谱密度函数的模态频率置信区间（MCF）的确定 187
8.1.4 阻尼比的计算 188
8.2 数值模型验证 189
8.3 泄流激励下高拱坝模态参数频域法辨识与验证 193
8.3.1 高拱坝模态参数频域法辨识 193
8.3.2 对比分析与验证 197
8.4 本章小结 199
参考文献 200
第9章 结论与展望 201